INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS INSTITUTO DE CIENCIAS EXATAS - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Nome: Izabella Figueiredo Gagliardi Lamari	Matrícula: 2015063603
Professor: João Paulo Ataide Martins	Disciplina: Cinética Quimica

[pic 1]

PRÁTICA I

Aspectos cinéticos da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada por cloreto de ferro (III)

INTRODUÇÃO

O peróxido de hidrogênio, H2O2, é um liquido incolor à temperatura ambiente, solúvel em água, viscoso e um poderoso oxidante, que pode sofrer combustão espontânea em contato com matéria orgânica ou alguns metais/ligas como o cobre ou o bronze. Em solução aquosa, é conhecido comercialmente como água oxigenada. Devido às ligações entre as moléculas serem fracas, o peróxido de hidrogênio é bastante instável. A molécula se decompõe rapidamente, quando perturbada, formando água (H2O) e oxigênio (O2).

Na indústria farmacêutica a água oxigenada é comercializada em “volumes”, que indica a quantidade de gás oxigênio liberada na decomposição completa de um litro de solução.  A seguinte relação pode ser usada para converter concentrações de H2O2 expressas em volumes em porcentagem:

                                         %H2O2= (0,3037x V)                                            (equação 1)

Onde “V” é a concentração de uma solução de água oxigenada expressa em volumes.

A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em solução aquosa é dada por:

                                                H2O2(aq) → H2O(l) + ½ O2(g)                                       (reação 1)

Esta reação de decomposição ocorrendo de forma natural, em temperatura ambiente, é bastante lenta, sendo necessário um ácido de Lewis, o cloreto de Fe(III) (FeCl3) como catalisador. O catalisador é uma substancia capaz de aumentar a velocidade da reação diminuindo assim sua energia de ativação, uma vez que a sua energia é bem menor que a da reação não catalisada. Ao final do processo de catalise, o catalisador regenera-se completamente, ou seja, ele é recuperado com a mesma concentração original. Desta forma, dependendo do meio e das substâncias envolvidas, a decomposição do peróxido pode ocorrer em diferentes velocidades. O seguinte mecanismo que contém 2 etapas é indicado para a decomposição catalisada do peróxido de hidrogênio:

         H2O2(aq,incolor) + FeCl3(aq,amarelo) ⇆ {H2O2...FeCl3}(aq,marrom)          (etapa 1)

       

         {H2O2...FeCl3}(aq,marrom) →H2O(l) +1/2O2(g) +FeCl3(aq,amarelo)           (etapa 2)

A equação de velocidade pode ser escrita como:

                                   

                                           Ln ([H2O2]/ [H2O2]0) = -kt                                              (equação 2)

logo:

                                           ln [H2O2] = -kt + ln[H2O2]0                                                                (equação 3)

uma vez que o processo apresenta lei de velocidade de primeira ordem.

Este experimento, portanto, consiste em determinar em diferentes intervalos de tempo a concentração restante de peróxido de hidrogênio através da titulação em meio ácido com solução aquosa de permanganato de potássio. A titulação deve ser feita em meio ácido, uma vez que, o mesmo quebra o complexo formado pelo H2O2 e FeCl3 interrompendo assim a reação de decomposição além de manter o pH adequado para que a seguinte reação ocorra:

            2MnO42-(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq) → 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) + 5O2(g)      (reação 2)

Como o volume de permanganato de potássio gasto na titulação é proporcional à concentração de peróxido de hidrogênio na alíquota, então, a equação 3 pode ser utilizada da seguinte maneira:

                                 ln V(KMnO4,aq) = -kt + ln V0(KMnO4,aq)                             (equação 4)

Construindo-se o gráfico do lnV (KMnO4,aq) (y) em função de t(x) pode-se calcular a inclinação da reta y versus x que é exatamente a constante de velocidade da reação, k. O tempo de meia vida da reação catalisada (t1/2), por se tratar de um processo de primeira ordem, é determinado pela equação 4: